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Étude du comportement dynamique de systèmes
catalytiques greffés sur silice.
Stéphanie Halbert
To cite this version:
Délivré p ar UNIVERSITÉ MONTPELLIER II
Préparée au sein de l'École Doctorale Sciences Chimiques Balard Et de l'unité de recherche Institut Charles Gerhardt Montpellier
Spécialité : Chimie Théorique Présentée par
Stéphanie HALBERT
Soutenue le 4 juillet 2013 devant le jury composé de
ÉTUDE DU COMPORTEMENT
DYNAMIQUE DE SYSTÈMES
CATALYTIQUES GREFFÉS SUR SILICE
M. Claude LEFORESTIER, Professeur des Universités, Université Montpellier 2, France.
M. Xavier ASSFELD, Professeur des Universités, Université de Lorraine, France.
M. Philippe SAUTET, Directeur de recherche, École Normale Supérieure de Lyon, France. M. Christophe COPÉRET, Professeur,
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Suisse. Examinateur M. Xavier SOLANS-MONTFORT, Maître de conférences,
Universitat Autònoma de Barcelona, Espagne. Examinateur Invité
Mme Simona ISPAS, Maître de conférences, Université Montpellier 2, France.
M. Christophe RAYNAUD, Maître de conférences, Université Montpellier 2, France.
Mme Odile EISENSTEIN, Directeur de recherche, Université Montpellier 2, France.
Équipe Chimie Théorique, Méthodologies et Modélisation (CTMM)
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EV DW = EKeesom+ EDebye+ ELondon ✭✶✳✶✮
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▲❡s str✉❝t✉r❡s ❝❛❧❝✉❧é❡s ❛✈❡❝ ❧❡s ♠ét❤♦❞❡s ♣ré❝é❞❡♥t❡s s✬♦r❣❛♥✐s❡♥t ❡♥ ❞❡✉① ❣r♦✉♣❡s ✭✜❣✲ ✉r❡ ✶✳✶✷✮ ✿ ♦✉✈❡rt❡ ✭❉❋❚✮ ❡t ❢❡r♠é❡ ✭❉❋❚✲❉ ❡t ❉❋ ♣❛r❛♠étré❡✮✳ ▲❡s str✉❝t✉r❡s ♦❜t❡♥✉❡s ❡♥ ❉❋✲❉ ✭♣r✐s❡ ❡♥ ❝♦♠♣t❡ ❞❡ ❧❛ ❞✐s♣❡rs✐♦♥✮ s♦♥t très s✐♠✐❧❛✐r❡s✱ ❧❡s ❛♥❣❧❡s ♥❡ ❞✐✛èr❡♥t q✉❡ ❞❡ q✉❡❧q✉❡s ❞❡❣rés ✭t❛❜❧❡s ✶✳✺ ❡t ✶✳✼✮✳ P♦✉r ❝♦♠♣❛r❡r ❝❡s str✉❝t✉r❡s ❞✬✉♥ ♣♦✐♥t ❞❡ ✈✉❡ é♥❡r❣ét✐q✉❡✱ ♥♦✉s ❛✈♦♥s ❞♦♥❝ ❞ét❡r♠✐♥é ❧❛ ❞✐✛ér❡♥❝❡ é♥❡r❣✐❡ ❡♥tr❡ ❝❡s ❞❡✉① ❢♦r♠❡s ✿✹✷ ❈❍❆P■❚❘❊ ✶✳ ▲❊❙ ■◆❚❊❘❆❈❚■❖◆❙ ◆❖◆ ❈❖❱❆▲❊◆❚❊❙ ❈❖▼P▲❊❳❊✲❙■▲■❈❊ ▲❛ t❛✐❧❧❡ ❞❡s ♠♦❞è❧❡s ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡s ❞❡ s✐❧✐❝❡ ❡t ❝❡❧❧❡ ❞✉ ❣r♦✉♣❡♠❡♥t ❘✷ ♦♥t ❞❡s ❝♦♥séq✉❡♥❝❡s s✉r ❧❡s é♥❡r❣✐❡s r❡❧❛t✐✈❡s ❡st✐♠é❡s s❡❧♦♥ ❞❡s ♠ét❤♦❞❡s ❉❋✲❉ ♠❛✐s ❝♦♥✜r♠❡♥t q✉❡ ❧❛ ♠ét❤♦❞❡ ❇✸P❲✾✶✲❉✸ s❡♠❜❧❡ ❧❛ ♣❧✉s ❛♣♣r♦♣r✐é❡ ♣❛r r❛♣♣♦rt ❛✉① ❛✉tr❡s ✭❇P✽✻✲❉✷ ❡t ▼✵✻✲▲✮✳ ✶✳✻✳✸ ❈♦♥tr✐❜✉t✐♦♥ à ❧✬é♥❡r❣✐❡ ❞❡s ✐♥t❡r❛❝t✐♦♥s ❢❛✐❜❧❡s P♦✉r r❡♥❞r❡ ❝♦♠♣t❡ ❞❡s ✐♥✢✉❡♥❝❡s ❞❡ ❧❛ t❛✐❧❧❡ ❞❡s ❧✐❣❛♥❞s ❡t ❞✉ ♠♦❞è❧❡ ❞❡ s✐❧✐❝❡ s✉r ❧✬é♥❡r❣✐❡✱ ♥♦✉s ❛❧❧♦♥s é✈❛❧✉❡r ❧❛ ❝♦♥tr✐❜✉t✐♦♥ ❞❡ ❧✬é♥❡r❣✐❡ ❞❡s ✐♥t❡r❛❝t✐♦♥s ❢❛✐❜❧❡s ♣♦✉r ❝❡s ❞❡✉① ❢❛❝t❡✉rs✳ ▲✬é✈❛❧✉❛t✐♦♥ é♥❡r❣ét✐q✉❡ ❞❡s ✐♥t❡r❛❝t✐♦♥s ✐♥t❡r♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡s ♣❡✉t êtr❡ ♠❡♥é❡ ♣❛r ❞❡✉① ♠ét❤✲ ♦❞❡s ✿ ❧✬❛♣♣r♦❝❤❡ s✉♣❡r♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❡t ❧❛ t❤é♦r✐❡ ❞❡s ♣❡rt✉r❜❛t✐♦♥s✳ P♦✉r ❝❡tt❡ ét✉❞❡✱ ♥♦✉s ❛✈♦♥s ❝❤♦✐s✐ ❧✬❛♣♣r♦❝❤❡ s✉♣❡r♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❬✾✾✱ ✶✵✵❪✳ ❉❛♥s ❝❡tt❡ ❛♣♣r♦❝❤❡✱ ❧✬é♥❡r❣✐❡ ❞✬✐♥t❡r❛❝t✐♦♥ ❡♥✲ tr❡ ❞❡✉① ❢r❛❣♠❡♥ts ❞✬✉♥❡ ✓ s✉♣❡r♠♦❧é❝✉❧❡ ✔ ❆❇ ❡st ❞ét❡r♠✐♥é❡ ❝♦♠♠❡ ❧❛ ❞✐✛ér❡♥❝❡ ❞✬é♥❡r❣✐❡ ∆E ❡♥tr❡ ❧❛ ♠♦❧é❝✉❧❡ ❆❇ ❡t ❧❡s ❞❡✉① ♠♦♥♦♠èr❡s ❆ ❡t ❇✱ ❡♥ ❝♦♥s✐❞ér❛♥t ❧❡s ❣é♦♠étr✐❡s ❞❡s ♠♦♥♦♠èr❡s ✐❞❡♥t✐q✉❡s à ❝❡❧❧❡ ❞✉ ❞✐♠èr❡✳ ∆E = EAB− EA− EB ✭✶✳✶✻✮ ❉❛♥s ♥♦tr❡ ét✉❞❡✱ ❧❡ ❝♦♠♣❧❡①❡ ❡st ❣r❡✛é s✉r ❧❛ s✐❧✐❝❡ ♣❛r ✉♥❡ ré❛❝t✐♦♥ ❝❤✐♠✐q✉❡✳ ▲❡s ✐♥t❡r❛❝t✐♦♥s ❝♦♠♣❧❡①❡✲s✉♣♣♦rt ♥❡ s♦♥t ❞♦♥❝ ♣❛s q✉❡ ❞❡ ♥❛t✉r❡ ♥♦♥ ❝♦✈❛❧❡♥t❡s✳ ◆♦✉s ♥♦✉s s♦♠♠❡s ❞♦♥❝ ✐♥tér❡ssés à ❧❛ ré❛❝t✐♦♥ s✉✐✈❛♥t❡ ✿
complexe − H + silice − OH → complexe − silice + H2 ✭✶✳✶✼✮
♦ù complexe − silice ❡st ♥♦tr❡ ❝♦♠♣❧❡①❡ ❣r❡✛é s✉r ❧❡ ♠♦❞è❧❡ ❞❡ s✐❧✐❝❡✱ complexe − H ❡st ❧❡ ♣ré❝✉rs❡✉r ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡✱ silice − OH ❧❡ ♠♦❞è❧❡ ❞❡ s✐❧✐❝❡ ❡t H2 ❧❡ ❞✐❤②❞r♦❣è♥❡ ♣♦✉r rét❛❜❧✐r
❧✬éq✉✐❧✐❜r❡ ❞❡s ❛t♦♠❡s✳ ❉✬✉♥ ♣♦✐♥t ❞❡ ✈✉❡ t❤❡r♠♦❞②♥❛♠✐q✉❡✱ ❧✬é♥❡r❣✐❡ ❞❡ ❝❡tt❡ ré❛❝t✐♦♥ ❞❡ ✓ ❢♦r♠❛t✐♦♥ ❞✉ ❝♦♠♣❧❡①❡ ♠♦♥♦ ❣r❡✛é ✔ s✬é❝r✐t s❡❧♦♥ ✿
∆E = Ecomplexe−silice− (Ecomplexe−H+ Esilice−OH) + EH2 ✭✶✳✶✽✮
✷✳✷ ▼❖❉➱▲■❙❆❚■❖◆ ❉❊❙ ❙❖▲■❉❊❙ ✺✼ ▼❉ ❝❧❛ss✐q✉❡ ▼❉ ❛❜ ✐♥✐t✐♦ ◆♦♠❜r❡ ❞✬❛t♦♠❡s ❁ ✶✵✵ ✵✵✵ ❁ ✶✵✵✵ ❚❛✐❧❧❡ ❞❡ ❧❛ ❝❡❧❧✉❧❡ ✭➴✮ ✶✵✵ ✶✺ ❚❡♠♣s ❞❡ s✐♠✉❧❛t✐♦♥ ∼✶ ♥s ∼✷✵✲✸✵ ♣s ❚❛❜❧❡ ✷✳✶ ✕ ❈♦♠♣❛r❛✐s♦♥ ❞❡s ♣❡r❢♦r♠❛♥❝❡s ❞❡ ❧❛ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ✭❉▼✮ ❝❧❛ss✐q✉❡ ❡t ❛❜ ✐♥✐t✐♦✳ ✷✳✷✳✶ ▲❛ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❝❧❛ss✐q✉❡ ▲❛ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❡st ✉♥❡ t❡❝❤♥✐q✉❡ ❞❡ s✐♠✉❧❛t✐♦♥ ❞❛♥s ❧❛q✉❡❧❧❡ ❧❡s éq✉❛t✐♦♥s ❝❧❛s✲ s✐q✉❡s ❞✉ ♠♦✉✈❡♠❡♥t s♦♥t rés♦❧✉❡s ♣♦✉r ✉♥ ❡♥s❡♠❜❧❡ ❞❡ ◆ ❛t♦♠❡s ❛✉ ❝♦✉rs ❞✉ t❡♠♣s✳ ▲❛ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❝❧❛ss✐q✉❡ s❡ ❞✐✛ér❡♥❝✐❡ ❞❡ ❧❛ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❛❜ ✐♥✐t✐♦ ❞❡ ♣❛rt ❧❛ ♥❛t✉r❡ ❞✉ ♣♦t❡♥t✐❡❧ ✉t✐❧✐sé✱ ❧❛ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❝❧❛ss✐q✉❡ ✉t✐❧✐s❛♥t ❞❡s ♣♦t❡♥t✐❡❧s r❡❧❡✲ ✈❛♥t ❞❡ ❧❛ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡✳ ❊♥ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❝❧❛ss✐q✉❡✱ ❧❡s ❛t♦♠❡s s♦♥t ❞♦♥❝ ❞é❝r✐ts ❝♦♠♠❡ ❞❡s ♣❛rt✐❝✉❧❡s ❝❧❛ss✐q✉❡s ✭♣❛s ❞❡ ❞✐st✐♥❝t✐♦♥ ❡♥tr❡ ♥♦②❛✉ ❡t é❧❡❝tr♦♥s✮ ♣♦✉r ❧❡sq✉❡❧❧❡s ♦♥ rés♦✉t ✉♥ s②stè♠❡ ❞✬éq✉❛t✐♦♥s ❞❡ ◆❡✇t♦♥ ✿ mid➨r i dt➨ = fi ✭✷✳✶✮ ♦ù mi❡t ri✭ri= ri(t)✮ s♦♥t r❡s♣❡❝t✐✈❡♠❡♥t ❧❛ ♠❛ss❡ ❡t ❧❛ ♣♦s✐t✐♦♥ ❞❡ ❧❛ ♣❛rt✐❝✉❧❡ i ✭iε {1, ...N}✮ ❡t fi r❡♣rés❡♥t❡ ❧❛ ❢♦r❝❡ t♦t❛❧❡ ❛♣♣❧✐q✉é❡ s✉r ❧❛ ♣❛rt✐❝✉❧❡ i✳ ▲❡s ❢♦r❝❡s ❞ér✐✈❡♥t ❞✬✉♥ ♣♦t❡♥t✐❡❧ ✐♥t❡r❛t♦♠✐q✉❡ V ({ri(t)}) ✭❝❤❛♠♣ ❞❡ ❢♦r❝❡✮ ✿ fi(t) = −∇iV ({ri(t)}) ✭✷✳✷✮ ▲✬é♥❡r❣✐❡ t♦t❛❧❡ ❞✉ s②stè♠❡ ✐s♦❧é ❡st ❛❧♦rs ❞é✜♥✐❡ ❝♦♠♠❡ ❧❛ s♦♠♠❡ ❞❡s é♥❡r❣✐❡s ❝✐♥ét✐q✉❡ ❡t ♣♦t❡♥t✐❡❧❧❡ Etot = Ecin+ Epot ✭Ecin= P
✻✷ ❈❍❆P■❚❘❊ ✷✳ ❙❯❘❋❆❈❊ ❉❊ ❙■▲■❈❊ ❆▼❖❘P❍❊ VCoul= 1 2 X i6=j qiqj erfc(√αrij) rij − ( α π) 1/2X i qi2+1 2 X k6=0 X i,j 4πqiqj
Ωk2 exp [ikrij] exp(−
✸✳✷ ▲❊❙ ▼➱❚❍❖❉❊❙ ❍❨❇❘■❉❊❙ ◗▼✴▼▼ ✶✵✺
✸✳✷ ▲❡s ♠ét❤♦❞❡s ❤②❜r✐❞❡s ◗▼✴▼▼
▲❡s ♠ét❤♦❞❡s ❤②❜r✐❞❡s ❝♦✉♣❧❡♥t ❞❡s ♠ét❤♦❞❡s q✉❛♥t✐q✉❡s ◗▼✱ ❜r✐è✈❡♠❡♥t ♣rés❡♥té❡s ❛✉ ♣r❡✲ ♠✐❡r ❝❤❛♣✐tr❡✱ ❡t ❞❡s ♠ét❤♦❞❡s ❞❡ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ▼▼✱ q✉✐ ✈♦♥t êtr❡ ❞ét❛✐❧❧és ♣❛r ❧❛ s✉✐t❡✳ ◆♦✉s ❛❧❧♦♥s é❣❛❧❡♠❡♥t ❛❜♦r❞❡r ❧❡ tr❛✐t❡♠❡♥t ❞❡ ❧✬✐♥t❡r❢❛❝❡ ❡♥tr❡ ❧❡s s♦✉s ♣❛rt✐❡s tr❛✐té❡s ❡♥ ◗▼ ❡t ▼▼✱ ♣❧✉s ♣❛rt✐❝✉❧✐èr❡♠❡♥t s✐ ❧❛ ❢r♦♥t✐èr❡ s❡ s✐t✉❡ ❛✉ ♥✐✈❡❛✉ ❞✬✉♥❡ ❧✐❛✐s♦♥ ❝♦✈❛❧❡♥t❡✳ ▲❛ ♣r❡♠✐èr❡ ✉t✐❧✐s❛t✐♦♥ ❞✬✉♥❡ ♠ét❤♦❞❡ ❤②❜r✐❞❡ ❝♦✉♣❧❛♥t ❧❛ ♠é❝❛♥✐q✉❡ q✉❛♥t✐q✉❡ ❡t ❝❧❛ss✐q✉❡ ❛ été ré❛❧✐sé❡ ♣❛r ▲❡✈✐tt ❡♥ ✶✾✼✻ ♣♦✉r ❧✬ét✉❞❡ ❞❡ ré❛❝t✐♦♥s ❡♥③②♠❛t✐q✉❡s ❬✶✽✼❪✳ ✸✳✷✳✶ ▲❡s ❝❤❛♠♣s ❞❡ ❢♦r❝❡ ✿ ♣❛rt✐❡ ▼▼ ▲❛ ❞②♥❛♠✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❝❧❛ss✐q✉❡ ♦✉ ❡♥❝♦r❡ ❧❡s ♠ét❤♦❞❡s ❤②❜r✐❞❡s s♦♥t ❜❛sé❡s s✉r ❧✬✉✲ t✐❧✐s❛t✐♦♥ ❞✬✉♥ ❝❤❛♠♣ ❞❡ ❢♦r❝❡ q✉✐ ♣❡r♠❡t ❞❡ ❝❛❧❝✉❧❡r ❧✬é♥❡r❣✐❡ ♣♦t❡♥t✐❡❧❧❡ ❞✉ s②stè♠❡✳ ▲❡s ♣❛r❛♠ètr❡s ❞❡s ❝❤❛♠♣s ❞❡ ❢♦r❝❡ s♦♥t ♦❜t❡♥✉s s♦✐t ♣❛r ❞❡s ❝❛❧❝✉❧s ❞❡ ❝❤✐♠✐❡ q✉❛♥t✐q✉❡ ♦✉ ❛❥✉stés s✉r ❞❡s ❞♦♥♥é❡s ❡①♣ér✐♠❡♥t❛❧❡s✳ ■❧s s♦♥t ❞♦♥❝ ❡♠♣✐r✐q✉❡s ❡t ♣❡✉✈❡♥t ♣♦s❡r ❞❡s ♣r♦❜✲ ❧è♠❡s ❞❡ tr❛♥s❢ér❛❜✐❧✐té✳ ●é♥ér❛❧❡♠❡♥t ❝❡s ♣❛r❛♠ètr❡s ❝♦♥❝❡r♥❡♥t ❞❡s ❣r♦✉♣❡♠❡♥ts ❝❤✐♠✐q✉❡s ✭♦r❣❛♥✐q✉❡s✮ ♦✉ ❜✐♦❧♦❣✐q✉❡s ✭❛❝✐❞❡s ❛♠✐♥és✮✳ ❉❡ ♣❧✉s✱ ❧❡s ♣r❡♠✐❡rs ❝❤❛♠♣s ❞❡ ❢♦r❝❡ ❞é✈❡❧♦♣♣és ♥❡ ♣r❡♥♥❡♥t ♣❛s ❡♥ ❝♦♠♣t❡ ❧❡s ♣❤é♥♦♠è♥❡s ❞❡ ♣♦❧❛r✐s❛t✐♦♥ ❞❡ ❧✬❡♥✈✐r♦♥♥❡♠❡♥t ❞✉ s②stè♠❡ ✭s♦❧✈❛♥t✱ ✳✳✳✮✳ ❆❝t✉❡❧❧❡♠❡♥t✱ ❞❡ ♥♦✉✈❡❛✉① ❝❤❛♠♣s ❞❡ ❢♦r❝❡ ♣♦❧❛r✐s❛❜❧❡s s♦♥t ❡♥ ❞é✈❡❧♦♣♣❡♠❡♥t ♣♦✉r r❡♠é❞✐❡r à ❝❡ ♣r♦❜❧è♠❡✳ ✸✳✷✳✶✳✶ ❉❡s❝r✐♣t✐♦♥ ❞✬✉♥ ❝❤❛♠♣ ❞❡ ❢♦r❝❡ P♦✉r ❞é❝r✐r❡ ✉♥ ❡♥s❡♠❜❧❡ ❞❡ ◆ ❛t♦♠❡s✱ ❧✬é♥❡r❣✐❡ ♣♦t❡♥t✐❡❧❧❡ ❡♥ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ s❡ ❞é❝♦♠♣♦s❡ ❝♦♠♠❡ ✉♥❡ s♦♠♠❡ ❞❡ t❡r♠❡s ❧✐és ✭EMM li´es ✮✱ ❝✬❡st✲à✲❞✐r❡ ❞é❝r✐✈❛♥t ❧❡s ✐♥t❡r❛❝t✐♦♥s ❞❡s ❛t♦♠❡s ❝♦♥♥❡❝tés ♣❛r ❞❡s ❧✐❛✐s♦♥s ❝♦✈❛❧❡♥t❡s✱ ❡t ❞❡ t❡r♠❡s ♥♦♥ ❧✐és ✭EMM non−li´es✮✱ ❞é❝r✐✈❛♥t ❧❡s ✐♥t❡r❛❝t✐♦♥s à ❧♦♥❣✉❡ ♣♦rté❡✳ ▲❛ ❢♦r♠❡ ❣é♥ér❛❧❡ ❞❡ ❝❡tt❡ é♥❡r❣✐❡ ♣♦t❡♥t✐❡❧❧❡ ♣❡✉t ❞♦♥❝ s❡ ❞é❝r✐r❡ ❝♦♠♠❡ ✿ EMM(r1, r2, ..., rN) = Eli´MMes + Enon−li´esMM ✭✸✳✶✮ ❈❡s ❞✐✛ér❡♥t❡s ❝♦♥tr✐❜✉t✐♦♥s ❝♦✈❛❧❡♥t❡s EMM li´es ♦✉ ♥♦♥✲❝♦✈❛❧❡♥t❡s Enon−li´esMM s♦♥t é❣❛❧❡♠❡♥t ❞é✜♥✐❡s ❝♦♠♠❡ ✉♥❡ s♦♠♠❡ ❞❡ ❞✐✛ér❡♥ts t❡r♠❡s ✿ Eli´MMes (r1, r2, ...rN) = X liaisons Vliaison+ X angles Vangle+ X di`edres Vdi`edre ✭✸✳✷✮ Enon−li´esMM (r1, r2, ..., rN) = Vcoul+ VvdW ✭✸✳✸✮♦ù Vliaison✱ Vangle ❡t Vdi`edre s♦♥t r❡s♣❡❝t✐✈❡♠❡♥t ❧❡s é♥❡r❣✐❡s ♣♦t❡♥t✐❡❧❧❡s ❞❡ ❧✐❛✐s♦♥✱ ❞✬❛♥❣❧❡ ❡t
✸✳✷ ▲❊❙ ▼➱❚❍❖❉❊❙ ❍❨❇❘■❉❊❙ ◗▼✴▼▼ ✶✵✾ ❈♦✉♣❧❛❣❡ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ✭▼❊✮ ▲❡ ❝♦✉♣❧❛❣❡ ♠é❝❛♥✐q✉❡ tr❛✐t❡ ❧✬✐♥t❡r❛❝t✐♦♥ é❧❡❝tr♦st❛t✐q✉❡ P❙✴❙❙ à ✉♥ ❞❡ ♥✐✈❡❛✉ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ✭▼▼✮✳ ▲❡s ❛t♦♠❡s ❞✉ s②stè♠❡ ♣r✐♠❛✐r❡ s♦♥t ❝♦♥s✐❞érés ❝♦♠♠❡ ❞❡s ♣❛rt✐❝✉❧❡s ❝❧❛ss✐q✉❡s✱ ❛✉ ♠ê♠❡ t✐tr❡ q✉❡ ❧❡s ❛t♦♠❡s ❞❡ ❧❛ ♣❛rt✐❡ s❡❝✲ ♦♥❞❛✐r❡ ▲✬é♥❡r❣✐❡ ❞✬✐♥t❡r❛❝t✐♦♥ ◗▼✴▼▼ ❛❞♦♣t❡ ✉♥❡ ❡①♣r❡ss✐♦♥ s✐♠♣❧✐✜é❡ ♣❛r r❛♣♣♦rt ❛✉ ❝♦✉♣❧❛❣❡ é❧❡❝tr♦st❛t✐q✉❡ ❝❛r ❡❧❧❡ ❡st ❝♦♠♣♦sé ❞✬✉♥ t❡r♠❡ é❧❡❝tr♦st❛t✐q✉❡ Vcoul ❡t ❞✬✉♥ t❡r♠❡ ❞❡ ✈❛♥ ❞❡r ❲❛❛❧s Vvdw ❡♥tr❡ ❧❡s ♣❛rt✐❝✉❧❡s A ❞✉ s②stè♠❡ ♣r✐♠❛✐r❡ ❡t α ❞✉ s②stè♠❡ s❡❝♦♥❞❛✐r❡ ✿ EQM/MMME = X AǫQM X αǫM M qAqα |Rα− RA| + 4εAα[( σAα |Rα− RA| )12− ( σAα |Rα− RA| )6] ✭✸✳✶✵✮ ❈❡ ❝♦✉♣❧❛❣❡ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ❞❡♠❛♥❞❡ q✉❡ ❧❡s ♣❛r❛♠ètr❡s ❞✉ ❝❤❛♠♣ ❞❡ ❢♦r❝❡ ✭✈❛❧❡✉rs ❞❡ ❝❤❛r❣❡s✱ ♣❛r❛♠ètr❡s ❞❡ ✈❛♥ ❞❡r ❲❛❛❧s✮ ♣♦✉r ❧❡s ❛t♦♠❡s ❞❡ ❧❛ ♣❛rt✐❡ P❙ s♦✐❡♥t ❞é✜♥✐s✳ ▼❛❧❣ré s♦♥ ❛♣✲ ♣❛r❡♥t❡ s✐♠♣❧✐❝✐té✱ ❧❡ ❝♦✉♣❧❛❣❡ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ✭▼❊✮ ♣♦s❡ ❝❡rt❛✐♥❡s ❧✐♠✐t❛t✐♦♥s✱ ♥♦t❛♠♠❡♥t ❞❛♥s ❧❡ tr❛✐t❡♠❡♥t ❞❡ ❧❛ ré❛❝t✐✈✐té ❝❤✐♠✐q✉❡✳ ❈❡tt❡ ♠ét❤♦❞❡ ✓ ♠é❝❛♥✐q✉❡ ✔ ♥❡ tr❛✐t❡ ♣❛s ❧❛ ♣♦❧❛r✐s❛✲ t✐♦♥ ❡①♣❧✐❝✐t❡ ❞✉ s②stè♠❡ s❡❝♦♥❞❛✐r❡ s✉r ❧❡ s②stè♠❡ ♣r✐♠❛✐r❡✳ ❊♥ ❞✬❛✉tr❡ t❡r♠❡s✱ ❧❛ str✉❝t✉r❡ é❧❡❝tr♦♥✐q✉❡ ♥✬❡st ♣❛s ♣❡rt✉r❜é❡ ♣❛r ❧❛ ♣rés❡♥❝❡ ❞✉ s②stè♠❡ s❡❝♦♥❞❛✐r❡ ❛✉tr❡♠❡♥t q✉❡ ♣❛r ❧❛ ❣é♦♠étr✐❡ ✐♠♣♦sé❡✳ P♦✉r ❝❡tt❡ r❛✐s♦♥✱ ♥♦✉s ❛✈♦♥s ♣ré❢éré tr❛✐t❡r ❧✬✐♥t❡r❢❛❝❡ P❙✴❙❙ ♣❛r ❧❡ ❝♦✉♣❧❛❣❡ é❧❡❝tr♦st❛t✐q✉❡ ✭❊❊✮✳ ▼❛✐♥t❡♥❛♥t✱ ♥♦✉s ❛❧❧♦♥s ❛❜♦r❞❡r ❧❡s t❡❝❤♥✐q✉❡s ♣♦✉r tr❛✐t❡r ❧❛ ❢r♦♥t✐èr❡ P❙✴❙❙ ❧♦rsq✉❡ q✉❡ ❧❡s ❞❡✉① ♣❛rt✐❡s s♦♥t ❧✐é❡s ♣❛r ✉♥❡ ❧✐❛✐s♦♥ ❝♦✈❛❧❡♥t❡✳ ✸✳✷✳✷✳✷ ▲❡ tr❛✐t❡♠❡♥t ❞❡ ❧❛ ❢r♦♥t✐èr❡ P❙✴❙❙ ▲♦rsq✉❡ ❧❡s s②stè♠❡s ♣r✐♠❛✐r❡ ❡t s❡❝♦♥❞❛✐r❡ s♦♥t ❧✐és ♣❛r ✉♥❡ ❧✐❛✐s♦♥ ❝♦✈❛❧❡♥t❡ ❝♦♠♠❡ s✉r ❧❛ ✜❣✉r❡ ✸✳✷✱ ❧✬é♥❡r❣✐❡ ❞✬✐♥t❡r❛❝t✐♦♥ ◗▼✴▼▼ ❞✐✛èr❡ ❞❡ ❧✬❡q✉❛t✐♦♥ ✭✸✳✽✮✳ ❊♥ ❡✛❡t✱ ❝❡tt❡ ❡①♣r❡ss✐♦♥ ❢❛✐t ✐♥t❡r✈❡♥✐r ✉♥✐q✉❡♠❡♥t ❧❡s ✐♥t❡r❛❝t✐♦♥s à ❧♦♥❣✉❡ ♣♦rté❡ ✭é❧❡❝tr♦st❛t✐q✉❡ ❡t ✈❛♥ ❞❡r ❲❛❛❧s✮ s❛♥s ♣r❡♥❞r❡ ❡♥ ❝♦♠♣t❡ ❧❛ ❢r♦♥t✐èr❡ ✿ ❧❛ ❧✐❛✐s♦♥ ❝♦✈❛❧❡♥t❡✳ P❛r ❝♦♥séq✉❡♥t✱ ✉♥ ♣♦t❡♥t✐❡❧ ❞❡ t❡r♠❡s ❧✐és ❡st ❛❥♦✉té à ❧✬é♥❡r❣✐❡ ❞✬✐♥t❡r❛❝t✐♦♥ ♣♦✉r r❡✢ét❡r ❝❡tt❡ ❝♦♥♥❡①✐♦♥ ✿
EQM/MM = Velec+ Vnuc+ Vvdw+ Vli´PS/SSes ✭✸✳✶✶✮
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EONIOM 3= EQMPS + EMMES + EinterSS − EinterPS − EMMSS ✭✸✳✶✹✮
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✹✳✷ ➱❚❯❉❊ ❙❚❆❚■◗❯❊ ✶✸✺ ✉♥ ♥♦②❛✉ ❛✈❡❝ ✉♥ ♥♦♠❜r❡ ♣❛✐r ❞❡ ♣r♦t♦♥s ❡t ❞❡ ♥❡✉tr♦♥s I = 0✮✳ ▲❡ ♥♦♠❜r❡ q✉❛♥t✐q✉❡ ♠❛❣♥ét✐q✉❡ ❞❡ s♣✐♥ mI✱ ♣❡✉t ♣r❡♥❞r❡ ❧❡s (2I + 1) ✈❛❧❡✉rs ❛❧❧❛♥t ❞❡ −I à I ♣❛r ♣❛s ❞❡ ✶
mI = −I, −I + 1, ..., I − 1, I✳ ❙❡✉❧s ❧❡s ❛t♦♠❡s à ♥♦♠❜r❡ ✐♠♣❛✐r ❞❡ ♥✉❝❧é♦♥s ♣♦ssè❞❡♥t ❞❡s
✶✸✽❈❍❆P■❚❘❊ ✹✳ ❉❨◆❆▼■◗❯❊ ❉❊❙ ❈❖▼P▲❊❳❊❙ ❆▲❑❨▲■❉➮◆❊❙ ✿ ➱❚❯❉❊ ❚❍➱❖❘■◗❯❊ σL= σxx σxy σxz σyx σyy σyz σzx σzy σzz ✭✹✳✶✵✮ ▲❛ ❞✐❛❣♦♥❛❧✐s❛t✐♦♥ ❞❡ ❝❡tt❡ ♠❛tr✐❝❡ σL ❝♦♥❞✉✐t à ✉♥ ❥❡✉ ❞❡ ✈❛❧❡✉rs ♣r♦♣r❡s ❡t ❞❡ ✈❡❝t❡✉rs ♣r♦♣r❡s✳ ❈❡s ✈❡❝t❡✉rs ♣r♦♣r❡s ❞é✜♥✐ss❡♥t ❧❡ r❡♣èr❡ ♣r♦♣r❡ ❞✉ t❡♥s❡✉r ✭❘P✮ ❞❛♥s ❧❡q✉❡❧ ❧❡ t❡♥s❡✉r σRP ♣♦ssè❞❡ tr♦✐s ❝♦♠♣♦s❛♥t❡s ♣r✐♥❝✐♣❛❧❡s σ 11✱ σ22 ❡t σ33 ❡t ❡st ❞✐❛❣♦♥❛❧ ✿ σRP = σ11 0 0 0 σ22 0 0 0 σ33 ✭✹✳✶✶✮ ❙❡❧♦♥ ❧❛ ❝♦♥✈❡♥t✐♦♥ ❞✬❍❛❡❜❡r❧❡♥ ❬✷✹✾❪✱ ❧❡s ❝♦♠♣♦s❛♥t❡s ♣r✐♥❝✐♣❛❧❡s ❞✉ t❡♥s❡✉r σRP s♦♥t ❝❧❛ssé❡s s❡❧♦♥ ❧✬♦r❞r❡ ✿
|σ11− σiso| > |σ22− σiso| > |σ33− σiso| ✭✹✳✶✷✮
✹✳✷ ➱❚❯❉❊ ❙❚❆❚■◗❯❊ ✶✸✾ η = σ33− σ22 σaniso ✭✹✳✶✺✮ ■❧ ❡st ♣❧✉tôt ❞✬✉s❛❣❡ ❞❡ ♣❛r❧❡r ❞❡ ❞é♣❧❛❝❡♠❡♥t ❝❤✐♠✐q✉❡ δ✱ ❞✐✛ér❡♥❝❡ ❡♥tr❡ ❧❡ ❜❧✐♥❞❛❣❡ σ ♣❛r r❛♣♣♦rt à ✉♥❡ ré❢ér❡♥❝❡ σREF✱ ❣é♥ér❛❧❡♠❡♥t ❧❡ tétr❛♠ét❤②❧s✐❧❛♥❡ ✭❚▼❙✮ ✿ δ = σREF − σ 1 − σREF ≃ σREF − σ ✭✹✳✶✻✮ ❊♥ ❘▼◆ ❞✉ s♦❧✐❞❡✱ ❧❡s ❝♦♠♣♦s❛♥t❡s ♣r✐♥❝✐♣❛❧❡s ❞✉ t❡♥s❡✉r s♦♥t ❡①tr❛✐t❡s s✉r ❧❡ s♣❡❝tr❡ ❝♦♠✲ ♣♦sé ❞✬✉♥❡ ❧❛r❣❡ ❜❛♥❞❡✳ ▲❡ s♣❡❝tr❡ ❘▼◆✱ ♣rés❡♥té s✉r ❧❛ ✜❣✉r❡ ✹✳✸✱ r❡♣rés❡♥t❡ ❧❡s ❞✐✛ér❡♥ts ♣❛r❛♠ètr❡s é♥♦♥❝és ❝✐✲❞❡ss✉s s✉✐✈❛♥t ❧❛ ❝♦♥✈❡♥t✐♦♥ ❞✬❍❛❡❜❡r❧❡♥✳ ▲❡ t❡♥s❡✉r ❞❡ ❜❧✐♥❞❛❣❡ s❡ r❡♣rés❡♥t❡ ❣é♥ér❛❧❡♠❡♥t s♦✉s ❧❛ ❢♦r♠❡ ❞✬✉♥ ❡❧❧✐♣s♦ï❞❡ ❞♦♥t ❧❛ ❢♦r♠❡ ❡st ❞é✜♥✐❡ ♣❛r ❧❡s ❝♦♠♣♦s❛♥t❡s ♣r✐♥❝✐♣❛❧❡s ✭✜❣✉r❡ ✹✳✹✮✳ ■❧ ❡st ♣♦ss✐❜❧❡ ❞❡ ♣❛ss❡r ❞✉ r❡♣èr❡ ♣r♦♣r❡ ❘P ❛✉ r❡♣èr❡ ❞✉ ❧❛❜♦r❛t♦✐r❡ ▲ ♣❛r ❞❡s ❛♥❣❧❡s ❞✬❊✉❧❡r ✭α0 ❡t β0✮ ❡t ❞❡ ❞é✜♥✐r ❧❛ ❝♦♠♣♦s❛♥t❡ ♣r✐♥❝✐♣❛❧❡ ❞✉ t❡♥s❡✉r σzz ❞❛♥s ❧❡ r❡♣èr❡ ❞✉ ❧❛❜♦r❛t♦✐r❡ ❝♦♠♠❡ ✿
σZZ = σ11cos➨α0sin➨β0+ σ22sin➨α0sin➨β0+ σ33cos➨β0 ✭✹✳✶✼✮
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▼❂❈ δ11 δ22 δ33 δiso δaniso η δanisoeq
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❬▼♦P②❪ ✸✶✽±✸ ✸✵✼ ✸✵✹ ❬▼♦❘❪ ✷✾✺±✾ ✸✺✹ ✸✶✹ ❬❲❘❪ ✶✼✹±✹ ✸✵✶ ✷✻✺ ❬❘❡❘❪ ✶✷✺±✻ ✲✶✼✻ ✲✶✶✶ ✲✶✹✵±✺ ✲✾✾ ✾✼ ❬❚❛❘❪ ✶✹✾±✽ ✶✺✾ ✲✼✺ ❚❛❜❧❡ ✹✳✺ ✕ ❈♦♠♣❛r❛✐s♦♥ ❞❡s ❈❙❆ ✓ ❞②♥❛♠✐q✉❡s ✔ ✭❡♥ ♣♣♠✮ ❡♥tr❡ ❧❡s ❝♦♠♣❧❡①❡s ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡s s✐♠♣❧✐✜és δaniso ❡t ré❡❧s δanisor´eel ✭❣r❛s ✿ ✈❛❧❡✉r ❡①♣ér✐♠❡♥t❛❧❡ ❀ ✐t❛❧✐q✉❡ ✿ ❛❧❦②❧✐❞②♥❡✮✳
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▼❂❈ δexpaniso δaniso δanisor´eel
❬▼♦P②❪ ✸✶✽±✸ ✲✶✹✻ ✷✶✵ ❬▼♦❘❪ ✷✾✺±✾ ✶✾✸ ✶✽✵ ❬❲❘❪ ✶✼✹±✹ ✲✾✹ ✲✾✾ ❬❘❡❘❪ ✶✷✺±✻ ✲✶✵✺ ✾✼ ❬❚❛❘❪ ✶✹✾±✽ ✲✽✶ ♥❞ ❚❛❜❧❡ ✹✳✽ ✕ ❈♦♠♣❛r❛✐s♦♥ ❞❡s ❈❙❆ ❡①♣ér✐♠❡♥t❛✉① δexp aniso ❡t ✓ ❞②♥❛♠✐q✉❡s ✔ ❞❡s ❝♦♠♣❧❡①❡s
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▼❂❈ δexpaniso δaniso δanisocristobalite